KR102171341B1 - 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템 - Google Patents

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Abstract

차량용 고전압배터리가 내부에 설치되며, 외부와 기밀되도록 밀폐되고, 냉각수가 유출입되는 제1유입구와 제1유출구가 형성된 외부하우징; 외부하우징의 내부에 장착되며, 고전압배터리와 접촉되어 고전압배터리를 냉각하고, 내부에 냉각수가 순환되는 유로가 형성되며 외부와 기밀되도록 밀폐되며, 외부하우징의 내부에서 제1유입구 및 제2유입구와 연결되어 냉각수가 유출입되는 제2유입구 및 제2유출구가 형성된 냉각블록; 정압 또는 부압을 형성하며, 외부하우징의 제1유입구 및 냉각블록의 제2유입구와 연결되어 외부하우징 또는 냉각블록에 정압 또는 부압을 가하는 유압기구; 및 유압기구를 제어함으로써 외부하우징 또는 냉각블록의 내압이 고압상태에서 차단되도록 하거나, 고압으로 유지되도록 하거나, 정압과 부압을 반복하도록 하는 제어부;를 포함하는 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템이 소개된다.

Description

차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템 {SYSTEM FOR TESTING LEAKAGE FOR HIGH-VOLTAGE BATTERY CASE OF VEHICLE}
본 발명은 고전압배터리가 장착되는 외부하우징과 냉각블록의 서로 다른 테스트를 하나의 장비를 이용하여 수행하고, 특히 이를 동시에 수행할 수도 있는 장점을 갖는 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템에 관한 것이다.
전기차나 하이브리드차량의 경우 구동에너지를 저장하는 고전압배터리가 탑재된다. 이러한 고전압배터리는 현재의 리튬이온배터리의 원리상 고속의 충방전시 온도가 상승하며, 온도가 상승될 경우 출력이 저하되고 충전량이 떨어지는 문제가 있다. 따라서, 차량용 고전압배터리의 경우 냉각성능이 차량의 전반적인 에너지효율을 좌우한다.
고전압배터리의 냉각을 위해서는 외부하우징을 밀폐함으로써 냉각이 필요한 체적을 한정하는 방법이 가장 효율적이며, 냉각효율은 공기를 이용한 직접 냉각보다는 냉각수를 순환시키고, 냉각수를 냉각하는 간접냉각이 유리하다. 따라서 고전압배터리의 경우 외부하우징은 밀폐구조를 갖고, 내부에 장착되는 냉각블록을 통해 순환되는 냉각수로 인하여 고전압배터리가 간접 냉각이 되도록 하는 방식이 유력하다.
이러한 시스템에서는 외부하우징의 밀폐를 통해 체적을 한정하는 것이 중요하고, 냉각블록의 수밀을 통해 냉각수가 고전압배터리측으로 흐르지 않도록 하는 것이 매우 중요하나, 아직까지 이를 모두 효과적으로 수행할 수 있는 시험 시스템이 개발되지 않은 문제가 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-1860201 B1
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 고전압배터리가 장착되는 외부하우징과 냉각블록의 서로 다른 테스트를 하나의 장비를 이용하여 수행하고, 특히 이를 동시에 수행할 수도 있는 장점을 갖는 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템을 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템은, 차량용 고전압배터리가 내부에 설치되며, 외부와 기밀되도록 밀폐되고, 냉각수가 유출입되는 제1유입구와 제1유출구가 형성된 외부하우징; 외부하우징의 내부에 장착되며, 고전압배터리와 접촉되어 고전압배터리를 냉각하고, 내부에 냉각수가 순환되는 유로가 형성되며 외부와 기밀되도록 밀폐되며, 외부하우징의 내부에서 제1유입구 및 제2유입구와 연결되어 냉각수가 유출입되는 제2유입구 및 제2유출구가 형성된 냉각블록; 정압 또는 부압을 형성하며, 외부하우징의 제1유입구 및 냉각블록의 제2유입구와 연결되어 외부하우징 또는 냉각블록에 정압 또는 부압을 가하는 유압기구; 및 유압기구를 제어함으로써 외부하우징 또는 냉각블록의 내압이 고압상태에서 차단되도록 하거나, 고압으로 유지되도록 하거나, 정압과 부압을 반복하도록 하는 제어부;를 포함한다.
외부하우징과 냉각블록은 서로 분리된 상태로 배치되고, 유압기구는 외부하우징과 연결되며 동시에 분기되어 냉각블록과도 연결되고, 제어부는 유압기구를 차단모드로 제어함으로써 외부하우징과 냉각블록이 고압상태에서 차단되도록 할 수 있다.
유압기구는 제1유입구 및 제2유입구와 연결되고, 제1유출구 및 제2유출구에는 압력센서가 마련되며, 제어부는 압력센서의 계측을 통해 외부하우징과 냉각블록의 차단모드시 고압상태에서의 리크 여부를 판단할 수 있다.
유압기구는 제1유입구 및 제2유입구와 제1밸브 및 제2밸브를 통해 연결되고, 제어부는 제1밸브 및 제2밸브의 차단 타이밍을 달리 제어함으로써 외부하우징과 냉각블록이 서로 다른 압력에서 차단모드가 수행되도록 할 수 있다.
차단모드에서 외부하우징의 리크가 감지된 경우, 외부하우징은 수조에 투입되고, 제어부는 외부하우징의 내압이 일정한 고압을 유지하는 유지모드가 수행되도록 함으로써 외부하우징에서 리크가 되는 지점을 탐지할 수 있도록 한다.
유지모드에서는 외부하우징의 제1유입구가 유압기구와 연결되고, 제1유출구에 압력센서가 연결되며, 제어부는 압력센서의 계측을 통해 외부하우징의 내압이 일정한 고압을 지속적으로 유지하도록 유압기구를 제어할 수 있다.
차단모드에서 냉각블록의 리크가 감지된 경우 제어부는 냉각블록의 소재에 결함이 있는 것으로 판단할 수 있다.
차단모드에서 냉각블록의 리크가 감지되지 않은 경우, 제어부는 냉각블록의 내압이 정압과 부압을 반복하는 반복모드가 수행되도록 함으로써 냉각블록의 용접부 파단을 탐지할 수 있도록 한다.
반복모드에서는 냉각블록의 제2유입구가 유압기구와 연결되고, 제2유출구가 압력센서를 통해 유압기구와 연결되며, 제어부는 압력센서의 계측을 통해 냉각블록의 내압이 정압과 부압을 반복하도록 유압기구를 제어할 수 있다.
본 발명의 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템에 따르면, 고전압배터리가 장착되는 외부하우징과 냉각블록의 서로 다른 테스트를 하나의 장비를 이용하여 수행하고, 특히 이를 동시에 수행할 수도 있는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템에 적용되는 고전압배터리케이스를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템의 차단모드를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템의 유지모드를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템의 반복모드를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템의 각각의 모드에 따른 압력변화를 나타낸 그래프.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템에 적용되는 고전압배터리케이스를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템의 차단모드를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템의 유지모드를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템의 반복모드를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템의 각각의 모드에 따른 압력변화를 나타낸 그래프이다.
도 1과 같이, 본 발명에 따른 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템이 적용되는 고전압배터리케이스는 외부하우징(100)이 마련되고, 그 내부에 냉각블록(200)이 장착되며, 냉각블록(200)에 고전압배터리가 장착됨으로써 케이스의 내부는 밀폐되어 냉각 대상이 되는 체적이 제한되어 냉각효율이 높다. 또한, 고전압배터리를 공기가 아닌 냉각수를 통해 전도로 냉각함으로써 냉각효율이 매우 높다. 이러한 구조의 구현을 위해 고전압배터리케이스는 외부하우징(100)에 제1유입구(120)와 제1유출구(140)가 형성되고, 이를 제외한 나머지 부분은 모두 밀폐구조로 완벽히 실링된다.
그리고 제1유입구(120)는 파이프(P)를 통해 내부의 냉각블록(200)의 제2유입구(220)와 연결되고, 제1유출구(140)는 파이프(P)를 통해 제2유출구(240)와 연결됨으로써 외부하우징(100)이 밀폐된 상태에서도 냉각블록(200)이 냉각수를 안정적으로 유입하고 유출할 수 있도록 한다. 그리고 냉각블록(200)은 열전도가 가능한 금속재질로 성형되는데, 내부에 유로가 형성되어 냉각수가 순환되어여 하며, 이러한 내부구조의 성형을 위해 용접 등의 접착 공법이 활용된다. 따라서, 냉각블록(200)은 그 소재의 결함 또는 용접부의 결함이 없어야 완벽한 실링이 구현되는 것이다.
이를 위해 본 발명의 외부하우징(100)은 차량용 고전압배터리가 내부에 설치되며, 외부와 기밀되도록 밀폐된다. 그리고 냉각수가 유출입되는 제1유입구(120)와 제1유출구(140)가 형성된다.
냉각블록(200)의 경우에는 외부하우징(100)의 내부에 장착되며, 고전압배터리와 접촉되어 고전압배터리를 냉각한다. 그리고 냉각블록(200)은 내부에 냉각수가 순환되는 유로가 형성되며 외부와 기밀되도록 밀폐된다. 이를 통해 고전압배터리의 단락을 방지한다. 또한, 냉각블록(200)은 외부하우징(100)의 내부에 장착된 상태에서 제1유입구(120) 및 제2유입구(220)와 연결되어 냉각수가 유출입되기 위한 제2유입구(220) 및 제2유출구(240)가 형성된다.
한편, 시험을 위해 압력을 가하는 유압기구(300)는 압축기와 진공펌프를 구비하여 정압 또는 부압을 형성하며, 외부하우징(100)의 제1유입구(120) 및 냉각블록(200)의 제2유입구(220)와 연결되어 외부하우징(100) 또는 냉각블록(200)에 정압 또는 부압을 가하도록 하는 것이다. 유압기구(300)는 유체를 통한 정압 또는 부압을 형성하는 장치로서 공기 또는 냉각수를 포함하는 다양한 유체를 이용할 수 있다. 본 발명의 실시예로서는 공압을 형성하는 경우를 대표적인 예로 들어 설명한다.
그리고 제어부는 유압기구(300)를 제어함으로써 도 5와 같이 외부하우징(100) 또는 냉각블록(200)의 내압이 고압상태에서 차단되도록 하는 차단모드의 구현이 가능하고, 고압으로 유지되도록 하는 유지모드의 구현이 가능하며, 정압과 부압을 반복하도록 하는 반복모드의 구현이 가능하도록 함으로써 외부하우징(100)과 냉각블록(200)이 각기 필요한 시험을 동시에 또는 별도로 하나의 시스템에서 수행이 가능하도록 한다.
구체적으로, 도 2와 같이, 차단모드에서는 외부하우징(100)과 냉각블록(200)은 서로 분리된 상태로 배치된다. 외부하우징(100)과 냉각블록(200)의 배치 및 이동은 로봇 등의 자동화장비를 활용하거나 사람이 직접 수작업으로 수행하는 것이 가능하다. 또한, 유압기구(300)는 외부하우징(100)과 연결되며 동시에 분기되어 냉각블록(200)과도 연결된다. 그리고 제어부는 유압기구(300)를 차단모드로 제어함으로써 외부하우징(100)과 냉각블록(200)이 고압상태에서 차단되도록 할 수 있다. 차단모드는 외부하우징(100)과 냉각블록(200)이 일정한 고압까지 압력이 가해진 후 외부와 차단된 경우로써, 리크가 있을 경우에는 그 내압이 저하됨을 이용하여 간단하게 1차적으로 리크 여부를 감지토록 하는 것이다.
이를 위해, 유압기구(300)는 외부하우징(100)의 제1유입구(120) 및 냉각블록(200)의 제2유입구(220)와 각각 연결된다. 그리고 외부하우징(100)의 제1유출구(140) 및 냉각블록(200)의 제2유출구(240)에는 각각 압력센서(142,242)가 마련된다. 제어부는 유압기구(300)를 통해 외부하우징(100)과 냉각블록(200)에 필요한 내압을 가하고, 압력센서(142,242)의 계측을 통해 외부하우징(100)과 냉각블록(200)의 차단모드시 고압상태에서의 리크 여부를 판단할 수 있다.
한편, 냉각블록(200)과 외부하우징(100)은 재질과 성형 공법이 상이하고, 사용환경이 상이한 만큼, 차단모드에서 유지되어야 하는 내압도 각기 상이할 수 있다. 따라서, 유압기구(300)는 제1유입구(120) 및 제2유입구(220)와 제1밸브(V1) 및 제2밸브(V2)를 통해 연결되고, 제어부는 제1밸브(V1) 및 제2밸브(V2)의 차단 타이밍을 달리 제어함으로써 외부하우징(100)과 냉각블록(200)이 서로 다른 압력에서 차단모드가 수행되도록 할 수 있다.
그리고, 차단모드에서 외부하우징(100)의 리크가 감지된 경우에는, 외부하우징(100)은 물이 저장된 수조(400)에 투입되고, 제어부는 외부하우징(100)의 내압이 일정한 고압을 유지하는 유지모드가 수행되도록 함으로써 외부하우징(100)에서 리크가 되는 지점을 탐지할 수 있도록 한다. 즉, 유압기구(300)는 공압을 가하도록 하는데, 이 경우 외부하우징(100)이 수조(400)에 잠긴 상태에서 내압이 가해질 경우 리크가 있다면, 리크가 있는 지점에서 버블이 발생될 것이고, 이를 통해 리크 지점을 탐지함으로써 해당 지점을 수리하거나 분석할 수 있도록 하는 것이다. 이 경우에는 버블을 통해 리크 지점을 탐지하는 것이기 때문에 리크가 있다 하더라도 유압기구(300)는 지속적으로 고압으로 유지토록 압력을 가해야 하는 점에서 차단모드와는 상이한 제어가 필요해진다.
이를 위해, 유지모드에서는 외부하우징(100)의 제1유입구(120)가 유압기구(300)와 연결되고, 제1유출구(140)에 압력센서(142)가 연결되며, 제어부는 압력센서(142)의 계측을 통해 외부하우징(100)의 내압이 일정한 고압을 지속적으로 유지하도록 유압기구(300)를 제어할 수 있다.
한편, 차단모드에서 냉각블록(200)의 리크가 감지된 경우 제어부는 냉각블록(200)의 소재에 결함이 있는 것으로 판단할 수 있다. 즉, 일정한 고압을 주고 차단한 상태에서 냉각블록(200)이 리크가 있는 경우라면, 이 정도의 고압으로는 용접부의 파단이 일어나지 않기 때문에 냉각블록(200) 소재 자체에 문제가 있다고 볼 수 있는 것이다. 따라서, 이 경우에는 용접부가 아닌 소재의 문제로 파악하고, 적절한 후속조치 내지 테스트를 취할 수 있다.
또한, 차단모드에서 냉각블록(200)의 리크가 감지되지 않은 경우에는, 제어부는 냉각블록(200)의 내압이 정압과 부압을 반복하는 반복모드가 수행되도록 함으로써 냉각블록(200)의 용접부 파단을 탐지할 수 있도록 한다. 즉, 냉각블록(200)은 내부의 유로 성형을 위해 다수의 용접부가 존재하는바, 용접부의 내구성을 테스트하기 위해 냉각블록(200)에 정압과 부압을 반복적으로 가함으로써 냉각블록(200)의 리크테스트를 수행하는 것이다.
반복모드에서는 냉각블록(200)의 제2유입구(220)가 유압기구(300)의 입력부(340)와 연결되고, 제2유출구(240)가 압력센서(242)를 통해 유압기구(300)의 출구부(320)와 연결되며, 제어부는 압력센서(242)의 계측과 유압기구(300)의 제어를 통해 냉각블록(200)의 내압이 정압과 부압을 반복하도록 유압기구(300)를 제어할 수 있다. 이러한 과정을 통해 냉각블록(200)에 특화된 용접부 내구성 검사를 수행할 수 있도록 한다. 만약 정압과 부압의 반복 인가과정에서 미리 정해진 압력 그래프와 계측 그래프의 차이가 발생하는 경우에는 용접부의 리크가 있는 것으로 판단하여, 레이저 변위측정이나 마이크로체크 등의 추가적인 시험이 필요할 수 있다.
참고로, 레이저변위측정은 레어저 센서를 통하여 용접부의 각각의 변위를 파악하여 파단 지점을 확인하는 것이고, 마이크로체크 방법은 비파과검사의 일종으로써 침투액을 가하고 세척을 한 후 현상액을 가함으로써 파단된 용접 지점을 탐지하는 방법이다.
본 발명의 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템에 따르면, 고전압배터리가 장착되는 외부하우징과 냉각블록의 서로 다른 테스트를 하나의 장비를 이용하여 수행하고, 특히 이를 동시에 수행할 수도 있는 장점을 갖는다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 외부하우징 200 : 냉각블록
300 : 유압기구

Claims (9)

  1. 차량용 고전압배터리가 내부에 설치되며, 외부와 기밀되도록 밀폐되고, 냉각수가 유출입되는 제1유입구와 제1유출구가 형성된 외부하우징;
    외부하우징의 내부에 장착되며, 고전압배터리와 접촉되어 고전압배터리를 냉각하고, 내부에 냉각수가 순환되는 유로가 형성되며 외부와 기밀되도록 밀폐되며, 외부하우징의 내부에서 제1유입구 및 제2유입구와 연결되어 냉각수가 유출입되는 제2유입구 및 제2유출구가 형성된 냉각블록;
    정압 또는 부압을 형성하며, 외부하우징의 제1유입구 및 냉각블록의 제2유입구와 연결되어 외부하우징 또는 냉각블록에 정압 또는 부압을 가하는 유압기구; 및
    유압기구를 제어함으로써 외부하우징 또는 냉각블록의 내압이 고압상태에서 차단되도록 하거나, 고압으로 유지되도록 하거나, 정압과 부압을 반복하도록 하는 제어부를 포함하고;
    외부하우징과 냉각블록은 서로 분리된 상태로 배치되고, 유압기구는 외부하우징과 연결되며 동시에 분기되어 냉각블록과도 연결되고, 제어부는 유압기구를 차단모드로 제어함으로써 외부하우징과 냉각블록이 고압상태에서 차단되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    유압기구는 제1유입구 및 제2유입구와 연결되고, 제1유출구 및 제2유출구에는 압력센서가 마련되며, 제어부는 압력센서의 계측을 통해 외부하우징과 냉각블록의 차단모드시 고압상태에서의 리크 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    유압기구는 제1유입구 및 제2유입구와 제1밸브 및 제2밸브를 통해 연결되고, 제어부는 제1밸브 및 제2밸브의 차단 타이밍을 달리 제어함으로써 외부하우징과 냉각블록이 서로 다른 압력에서 차단모드가 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    차단모드에서 외부하우징의 리크가 감지된 경우, 외부하우징은 수조에 투입되고, 제어부는 외부하우징의 내압이 일정한 고압을 유지하는 유지모드가 수행되도록 함으로써 외부하우징에서 리크가 되는 지점을 탐지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    유지모드에서는 외부하우징의 제1유입구가 유압기구와 연결되고, 제1유출구에 압력센서가 연결되며, 제어부는 압력센서의 계측을 통해 외부하우징의 내압이 일정한 고압을 지속적으로 유지하도록 유압기구를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템.
  7. 청구항 3에 있어서,
    차단모드에서 냉각블록의 리크가 감지된 경우 제어부는 냉각블록의 소재에 결함이 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템.
  8. 청구항 3에 있어서,
    차단모드에서 냉각블록의 리크가 감지되지 않은 경우, 제어부는 냉각블록의 내압이 정압과 부압을 반복하는 반복모드가 수행되도록 함으로써 냉각블록의 용접부 파단을 탐지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    반복모드에서는 냉각블록의 제2유입구가 유압기구와 연결되고, 제2유출구가 압력센서를 통해 유압기구와 연결되며, 제어부는 압력센서의 계측을 통해 냉각블록의 내압이 정압과 부압을 반복하도록 유압기구를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리케이스 리크테스트 시스템.
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